干旱胁迫下藜的光合特性研究

通过人工控制水分模拟干旱来研究生长期的藜对干旱胁迫的生理生化反应,以期望为干旱农业的高效生产提供理论依据。以盆栽的藜为材料,用称重控制浇水的方法,研究了干旱胁迫对藜叶片的光合特性。结果表明：干旱胁迫下藜的光合日变化呈双峰型,有“午休”现象（13:00）且受气孔限制;最大净光合速率出现在上午8:00。与正常条件下生长的藜相比,干旱胁迫下藜的光饱和点(LSP)、最大净光合速率(Pn)、表观量子效率(AQY)、二氧化碳饱和点(CSP)和羧化效率(CE)均降低,分别为1 200 μmolphoton·m^-2·s^-1、8.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1、0.016 1 μmol CO₂·mol^-1 photons、1 200 μmol CO₂·mol^-1、0.017 6 μmol CO₂·m^-2·s^-1;光补偿点(LCP)、二氧化碳补偿点(CCP)升高,分别达到44.88 μmol photon·m^-2·s^-1、和46 μmol CO₂·mol^-1,干旱使藜的光合能力下降。干旱胁迫下藜的光合能力虽有所下降,但与其它C3植物相比仍具有较强的CO₂同化能力。藜是一种耐旱力较强的植物。     

盐胁迫条件下提高内源乙烯对拟南芥幼苗生长和根尖活性氧水平的影响

以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）为材料,研究了内源乙烯对幼苗耐盐性的影响。研究结果表明,在施加了浓度为100 mmol·L^-1的NaCl胁迫的基质环境中,野生型拟南芥幼苗的根长和根重都显著减小。在施加外源乙烯利后不仅能够缓解盐胁迫对幼苗根伸长生长的抑制作用,而且能够缓解盐胁迫对幼苗根增重生长的抑制作用。施加外源ACC则只能缓解盐胁迫对幼苗根增重生长的抑制作用,而不能缓解盐胁迫对根的伸长生长的抑制。此外,100 mmol·L^-1 NaCl的胁迫条件下,拟南芥幼苗根尖中ROS水平明显升高,而施加了乙烯利和ACC处理下,幼苗根尖ROS的水平在NaCl胁迫下并没有明显的升高,说明内源乙烯可以调控植物体内的ROS维持在正常的水平,使植物体免受氧化损伤,从而提高了幼苗耐盐性。     

水分胁迫对脂松幼苗叶绿素荧光特征的影响

以2年生盆栽脂松苗木为材料,研究了不同土壤含水量（干旱和水渍胁迫及解除胁迫后）对脂松幼苗的叶绿素荧光参数的影响,旨在为脂松的扩大栽培和管理提供理论依据。结果表明：（1）土壤水分胁迫对脂松苗木针叶初始荧光(F_o)、最大荧光(F_m)、可变荧光（F_v）、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ电子传递量子产率（Φ_PSⅡ）有显著影响（p<0.05）;（2）干旱和淹水胁迫中脂松针叶光化学效率（F_v/F_m）均表现为随胁迫强度增大和时间的延长而降低,总体表现为FC60>FC80>FC>FC40>FC20>FL,解除胁迫后有不同程度的升高,且干旱处理比水淹处理恢复快。（3）60%土壤含水量叶绿素荧光参数水平最佳,据此认为中等轻度干旱立地较适宜脂松苗木生长。     

干旱胁迫下沙枣和孩儿拳头叶绿素荧光特性研究

以沙枣和孩儿拳头2年生盆栽苗为材料,采用称重控水的方法设置对照（土壤含水量为25.6%~27.2%）,轻度胁迫（19.2%~20.8%）,中度胁迫（12.8%~14.4%）,重度胁迫（6.4%~8.0%）4个梯度,研究了干旱胁迫对沙枣和孩儿拳头色素含量和叶绿素荧光特性的影响。结果表明：（1）随着干旱胁迫的加剧,两物种叶绿素a含量,叶绿素a/b比值,总叶绿素含量呈下降趋势,且叶绿素a对干旱胁迫的反应较叶绿素b敏感,但两物种叶绿素b含量和胡萝卜素含量变化规律不一致。（2）随着干旱胁迫的加剧,孩儿拳头F_m、F_v呈下降趋势,沙枣相反,但两物种F₀呈增加趋势,F_v/F₀、F′_v/F′_m呈下降趋势,F_v/F_m差异不显著;PhiPS2、ETR、qP先升高后降低,NPQ则先降低后升高。（3）虽然两物种表现出较强的抗旱性,但在重度干旱胁迫下（6.4%~8.0%）,光合色素含量、叶绿素荧光参数受到较大影响,推测此时的土壤水分含量为两物种光合色素、光系统Ⅱ的耐受极限;物种间相比,孩儿拳头更为敏感,在今后的园林管护中,要根据土壤水分状况和物种间的差异做好园林灌溉。     

荧光定量PCR检测干旱胁迫下长春花Crlea基因的相对表达

首次从长春花中克隆了Crlea（Crlea for Catharanthus roseus late embryogenesis abundant）的全长基因,采用荧光定量PCR方法对干旱胁迫下长春花叶片和根部Crlea基因的表达模式进行监测,结果表明,在0.5～8 h的胁迫时间中,叶片和根部的Crlea基因表现出相似的积累模式。长春花Crlea基因的表达随着胁迫时间的延长而表达增强。在叶片中,在6 h和8 h的干旱处理后,Crlea基因表达显著提高,分别是未处理材料的9.984和20.431倍。在根部, 在8 h的处理后,Crlea基因的表达量显著提高（2.831倍于对照)。初步结果表明Crlea基因的表达没有组织特异性,并且为干旱胁迫正调控。     

AtsHsp17.6-CⅠ和AtsHsp17.6-CⅡ基因对非生物胁迫的应答研究

小分子热激蛋白是植物受到热胁迫后的主要表达产物之一,与植物细胞耐热有密切关系。该研究发现,拟南芥小分子热激蛋白基因AtsHsp17.6-CⅠ和AtsHsp17.6-CⅡ 除热激之外,重金属离子Ni⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Al³⁺均能诱导这2个热激蛋白基因的表达;氧化胁迫和渗透胁迫同样也能诱导它们表达。该研究将由CaMV35S启动子驱动的这2个小分子热激蛋白基因导入拟南芥,RT-PCR分析表明,2个小分子热激蛋白基因在转基因植物中呈现组成型表达。实验结果表明,组成型表达小分子热激蛋白基因AtsHsp17.6-CⅠ的转基因植物表现出对6 μmol·L^-1 Cd²⁺胁迫、0.4% NaCl胁迫的耐受性。研究表明,这2个小分子热激蛋白基因可能参与着多种抗逆途径,推测其能够减轻或抵抗逆境胁迫引起的伤害并对其进行修复。     

宝山堇菜（Viola baoshanensis）镉胁迫下的光合作用

利用荧光成像技术研究了自然生长状态下宝山堇菜、紫花地丁镉含量与光合作用间的关系。野外调查表明,宝山堇菜、紫花地丁镉含量差异显著,地上部分镉含量分别为867mg/kg和2mg/kg,相差近450倍;镉转运系数、富集系数,宝山堇菜均大于1,紫花地丁均小于1。叶绿素荧光参数,宝山堇菜F_m、I_k、P_m均显著低于紫花地丁（p=0.05）;两种植物间F_o、F_v/F_m、α均无显著差异。紫花地丁地上部分镉含量与叶绿素荧光参数的相关性较低,宝山堇菜地上部分镉含量与F_m、P_m、I_k达到极显著负相关。F_v/F_m,宝山堇菜、紫花地丁均在0.8左右,与镉的相关性较低,表明其光合作用没有受到镉胁迫。但是,宝山堇菜Fm显著低于紫花地丁,而且与镉呈负相关,表明宝山堇菜叶片Fm会随镉含量的增加而降低,预示镉可能会造成宝山堇菜光系统Ⅱ叶绿素结构破坏或者抑制其电子传递。参数I_k和P_m在两种植物间差异显著及其与宝山堇菜地上部分镉含量显著负相关反映宝山堇菜光耐受能力和电子传递能力在镉胁迫下逐渐减弱。初始斜率α始终维持在较高水平,说明镉胁迫并未对宝山堇菜捕光系统造成显著伤害。结合Fm值的变化和快速光曲线中荧光参数的变化推断镉最有可能会造成宝山堇菜电子传递能力的减弱。     

乙烯利处理对葡萄花色苷合成相关基因表达的影响

利用荧光定量PCR技术分析‘京优’葡萄果实成熟过程中,花色苷生物合成途径相关酶基因mRNA转录水平的变化以及乙烯利处理对果皮中花色苷含量和关键酶基因转录水平的影响。结果显示,葡萄果实发育进入着色期,花色苷合成过程中主要相关基因(CHSs、CHIs、F3Hs、F3′H、F3′5′H、DFR、LDOX、UFGT、OMT和GST)和转录因子(MybA1和MybA1-2)转录水平都显著提高,其中UFGT、GST、MybA1和CHSs、CHIs、F3Hs基因家族中的CHS3、CHI2、F3H2随着花色苷合成而大量转录;乙烯利处理能够增强花色苷合成相关基因的转录,使其转录时期前移和转录水平提高,其中对GST、UFGT和MybA1转录的促进作用最明显。相关性分析表明,花色苷合成与一些花色苷合成相关基因(CHS3、CHI2、F3H2、F3′5′H、UFGT、GST)和转录因子(MybA1)的转录水平呈显著或极显著正相关;与CHS1、CHS2、CHI1、F3H1、DFR、F3′H、LDOX和OMT转录水平的相关性均不显著。本研究结果为进一步阐明花色苷生物合成机理和花色苷类色素的生产应用提供一定的理论依据。     

干旱胁迫对5种植物叶绿体和线粒体超微结构的影响

应用温室盆栽方法,研究了土壤干旱胁迫对麻栎（Quercus acutissima Carruth）、黄檀（Dalbergia hupeana Hance）、黄连木(Pistacia chinensis)、湿地松（Pinus elliottii）、朴树（Celtis sinesis Pers）5个树种叶肉细胞超微构的影响。结果表明：正常水分条件下,叶肉细胞中各细胞器结构完整。轻度干旱胁迫下,湿地松的叶片超微结构未受损伤。麻栎线粒体无明显变化,叶绿体有扩张现象。黄连木与黄檀线粒体外膜有降解现象,叶绿体膨胀。朴树线粒体与叶绿体受损明显。重度胁迫下,湿地松和麻栎的线粒体内部出现降解,叶绿体受损。黄连木与黄檀出现质壁分离,叶绿体与线粒体受到严重损伤。朴树细胞内部受损最严重。可将5个树种分为3种不同的抗旱等级：湿地松与麻栎抗旱性较强,黄连木与黄檀抗旱性中等,朴树抗旱性较弱。     

铝胁迫下北美车前和车前生长及叶绿素荧光特性的比较研究

采用系列浓度AlCl₃溶液（100、500、800、2 000 mg·L^-1）进行处理,在处理后不同时间（0,10、20、30 d）,测定北美车前（Plantago viriginica）和车前(P.asiatica)的生长及叶绿素荧光特征指数,旨在比较外来入侵种北美车前和同属本地种车前的生长及叶绿素荧光对铝胁迫响应的差异。结果表明,车前和北美车前的根冠比在轻度铝（Al³⁺=100 mg·L^-1）处理下略有上升,在中度（Al³⁺=500 mg·L^-1）以上铝浓度处理下开始显著下降;叶绿素a、b含量在轻度铝处理下变化不明显,随着铝浓度的增加和处理时间的延长呈现明显下降趋势;叶绿素荧光参数F_v/F_m、Φ_PSⅡ及F_v/F_o值在低浓度铝的短时间处理下略有上升,随着铝浓度的升高和处理时间的延长则明显下降。结果表明铝胁迫对上述两种植物的生长和叶绿素荧光参数均有一定影响,但北美车前各参数的下降幅度小于车前,表现出比车前更为耐铝的生理特性。     

拟南芥干旱突变体远红外成像技术的筛选和特性鉴定

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行化学诱变获得突变体筛选群体。在干旱胁迫下,以叶片的温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对干旱不敏感突变体dri1(drought-insensitive 1)和敏感突变体drs1(drought-sensitive 1)。实验结果表明dri1和drs1为单基因隐性突变,气孔密度同野生型无差异,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显改变。在MS培养基上的种子萌发实验表明在ABA、甘露醇和NaCl胁迫下dri1萌发率要比野生型高,而drs1则比野生型低。对突变基因的研究有待进一步进行。     

Ethylene signaling may be involved in the regulation of tocopherol biosynthesis in Arabidopsis thaliana

Tocopherol biosynthesis was investigated in ein3-1, etr1-1 and eto1-1 mutants of Arabidopsis thaliana, which show a defect in ethylene signaling, perception and over-produce ethylene, respectively. A mutation in the EIN3 gene delayed the water-stress related increase in α-tocopherol and caused a reduction in the levels of this antioxidant by ca. 30% compared to the wild type. In contrast to the wild type and ein3-1 mutants, both etr1-1 and eto1-1 mutants showed a sharp (up to 5-fold) increase in α-tocopherol levels during leaf aging. It is concluded that ethylene perception and signaling may be involved in the regulation of tocopherol biosynthesis during water stress and leaf aging.     

番茄 DEAD-box RNA 解旋酶基因 SlDEAH1 的克隆及表达分析简

DEAD-box RNA解旋酶是一种特殊的RNA分子伴侣,参与了RNA代谢,包括前体RNA剪接、核糖体合成、RNA降解以及基因表达,并对植物的发育和抗性等也具有重要作用。根据已报道的拟南芥DEAD-box蛋白,通过同源比对,在NCBI据库中筛选得到一个DEAD-box RNA解旋酶同源蛋白,命名为SlDEAH1,并根据其基因序列设计特异引物,应用RT-PCR方法从野生型番茄（Solanum lycopersicum）AC⁺⁺中克隆得到了该基因的全长编码区序列。利用生物学网站、软件及实时荧光定量PCR方法,对其进行生物信息学、表达模式、胁迫及激素处理分析。结果表明：SlDEAH1包括2 073 bp的开放阅读框,编码690个氨基酸残基,其编码蛋白有9个保守结构基序,其所涉及到的ATP结合、ATP水解及RNA结合等功能对于解旋酶活性是至关重要的;表达模式分析表明SlDEAH1基因可能在野生型番茄萼片、叶片发育及果实成熟方面起到重要作用;高温、低温、脱水、伤害、盐胁迫不同程度的诱导了SlDEAH1的表达,但在根中该基因的表达受盐胁迫抑制;ABA、ACC、IAA、GA₃、MeJA和ZT均不同程度诱导了SlDEAH1的表达,其中ABA诱导效应最为明显。这些结果为进一步研究SlDEAH1在番茄发育和胁迫响应中的功能奠定了基础。     

Molecular characterization and expression analysis of the <Emphasis Type="Italic">SPL</Emphasis> gene family with <Emphasis Type="Italic">BpSPL9</Emphasis> transgenic lines found to confer tolerance to abiotic stress in <Emphasis Type="Italic">Betula platyphylla</Emphasis> Suk.

Christolea crassifolia HARDY: gene (CcHRD) belongs to the AP2/ERF-like tanscritpion factor family, and overexpression of HRD gene has been proved to result in improved water use efficiency and enhanced drought resistance in multiple plant species. In the present study, we cloned the CcHRD gene from Christolea crassifolia, which shares 99.1% sequence similarity with the HRD gene from Arabidopsis thaliana. We generated transgenic tomato plants expressing CcHRD gene by agrobacterium-mediated genetic transformation. Our results revealed that the transgenic tomato plants showed a more developed root system and higher fruit yield than the wild-type plants. Furthermore, the leaf relative water content, chlorophyll content and Fv/Fm value in transgenic plants were significantly higher than the wild type, while the relative conductivity and MDA content of transgenic plant leaves were markedly lower than those of wild type under drought stress. We also observed that the major agronomic traits of transgenic tomato plants were improved under natural drought stress compared with those of the wild type. In summary, results in this transgenic study showed that the CcHRD gene could enhance the drought resistance in tomato, and also provided important information for the application of drought-responsive genes in improving crop plant resistance to abiotic stresses.     

Sensitivity to Abscisic Acid Modulates Positive Interactions between Arabidopsis thaliana Individuals

The ability of abscisic acid (ABA) to modulate positive interactions between Arabidopsis thaliana individuals under salinity stress was investigated using abi1-1 (insensitive to ABA), era1-2 (hypersensitive to ABA) mutant and wild type plants. The results showed that sensitivity to ABA affects relative interaction intensity (RII) between Arabidopsis thaliana individuals. The neighbor removal experiments also confirmed the role of phenotypic responses in linking plant-plant interactions and sensitivity to ABA. For abi1-1 mutants, the absolute value differences between neighbor removal and control of stem length, root length, leaf area, leaf thickness, flower density, above biomass/belowground biomass (A/U), photosynthetic rate, stomatal conductance, leaf water content and water-use efficiency were smaller than those of the wild type, while for era1-2 mutants, these absolute value differences were larger than those of the wild type. Thus, it is suggested that positive interactions between Arabidopsis thaliana individuals are at least partly modulated by different sensitivity to ABA through different physiological and phenotypic plasticity.     

过量表达水稻细胞质型OsAPXs基因提高转基因烟草的耐盐性

为了验证水稻(Oryza sativa L.)细胞质型APXs与细胞耐盐性的关系,实验分别将OsAPXa和OsAPXb（基因登录号：D45423、AB053297）转化到烟草(Nictiana tabacum,N.plum)植株中。Southern结果表明,二基因分别整合到烟草的基因组;Northern分析表明,外源基因在转基因烟草中得到高效表达;在碳酸盐逆境下,T2代转基因植株与野生型对照相比,其APX活性呈现显著的提高,T₂代品系的H₂O₂含量和叶片受害程度显著低于野生型;T₂代品系分别在含有10 mmol·L^-1 NaHCO₃、5 mmol·L^-1 Na₂CO₃的MS培养基上生长,根的生长受到抑制,叶片产生黄化;野生型烟草则难以存活。水稻细胞质型OsAPXs基因的过量表达提高了转基因烟草的耐盐性,揭示出OsAPXa和OsAPXb在碳酸盐逆境应答过程中发挥着重要的作用。